[发明专利]激光焊缝检测用超声导波探头随动耦合及姿态调节装置

说明书

本发明涉及一种激光焊缝检测用超声导波探头随动耦合及姿态调节装置，属于焊接过程控制领域。装置通过连接座的法兰安装固定在激光焊接设备的运动机构上，整体随激光焊接头同步移动；连接座通过压紧弹簧、保持架、翻转架、滚动芯轴、柔性耦合轮将压紧力传递至工件表面，保证柔性耦合轮与工件表面良好贴合，随着焊接过程向前连续滚动；柔性耦合轮始终与工件表面贴合在一起，为其内部的超声压电晶体与被测工件提供超声耦合通路。本发明通过柔性滚动耦合、自适应姿态调节等机械结构的设计，实现了激光焊接过程中超声探头与焊接装备的同步运动以及与被测工件的连续耦合、角度调节，极大提升超声波无损检测技术的效率。

技术领域

本发明涉及焊接过程控制领域，特别涉及搭接激光焊缝在线超声检测与评估技术领域，尤指一种激光焊缝检测用超声导波探头随动耦合及姿态调节装置。

背景技术

近年来，随着汽车、轨道客车等制造领域对薄板焊接部件质量及生产效率要求的不断提高，激光焊工艺以其高效、小变形等优势而得以广泛应用。但是，激光焊工艺对工件的组对间隙、装夹精度等条件要求较高，否则极易造成未熔透、成型不良等质量问题。因此，激光焊过程的在线监测，尤其是熔透状态监测问题一直是焊接工作者关注的热点，同时也是汽车、轨道客车等制造领域亟需解决的重点问题。

目前，搭接激光焊缝的超声无损检测一般采用焊后检测的方式进行。此方法虽然可实现焊接质量的无损检测与评价，但在检测效率上仍然存在不足。为进一步降低检验耗时、提升焊接生产效率，焊接过程中的实时超声检测成为解决这一需求的重要途径。

发明内容

本发明的目的在于提供一种激光焊缝检测用超声导波探头随动耦合及姿态调节装置，旨在解决焊接过程超声实时检测技术中探头与工件的可靠性耦合问题。本发明针对现阶段薄板搭接激光焊接工艺的实际特点，实现焊接过程中超声探头随激光头同步运动，同时保证探头与工件表面的良好耦合，并可以实现超声入射角度的自动调节功能，以满足不同模态超声导波的激励与接收，从而实现激光焊接过程中焊缝熔透状态的实时检测。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

激光焊缝检测用超声导波探头随动耦合及姿态调节装置，该装置旨在实现激光焊接过程中超声探头与被检工件的压紧、同步运动及随动耦合、超声入射角度的自动调节功能。装置具有垂直于工件表面的直线移动、平行于工件表面并沿焊接方向的滚动、平行于工件表面并以沿焊接方向为轴线的翻转3个调节自由度，同时满足超声探头与工件表面的垂向压紧、滚动耦合及探头角度倾摆需求；包括连接座1、直线轴承2、压紧弹簧3、保持架4、步进电机5、驱动齿轮6、翻转架7、滚动芯轴8、紧固螺钉9、柔性耦合轮10及超声压电晶体11，装置采用紧固螺钉9通过连接座1的法兰安装固定在激光焊接设备的运动机构上，装置整体随激光焊接头同步移动；所述连接座1通过压紧弹簧3、保持架4、翻转架7、滚动芯轴8、柔性耦合轮10将压紧力传递至工件表面，保证柔性耦合轮10与工件表面良好贴合，可随着焊接过程向前连续滚动；柔性耦合轮10始终与工件表面贴合在一起，为其内部的超声压电晶体11与被测工件提供超声耦合通路。

所述的连接座1与保持架4之间通过直线轴承2实现垂向相对移动，压紧弹簧3套在保持架4上且位于连接座1与保持架4之间，通过保持架4提供指向工件表面的压紧力；保持架4下端设置有旋转定位孔，翻转架7轴线与旋转定位孔轴线同轴安装；步进电机5安装在保持架4上，其轴端安装有驱动齿轮6；驱动齿轮6与翻转架7上方的外齿啮合，可驱动翻转架7沿其轴线左右旋转；滚动芯轴8固定在翻转架7下方，且轴线与翻转架7轴线呈90度十字交叉布置；超声压电晶体11镶嵌于滚动芯轴8中部，超声发射方向垂直于滚动芯轴8轴线并向下指向工件表面；滚动芯轴8中部安装有柔性耦合轮10，超声压电晶体11包裹在柔性耦合轮10内部；在同步运动过程中，柔性耦合轮10沿滚动芯轴8轴线转动，其踏面始终与工件表面贴合，从而实现超声压电晶体11与被测工件之间的声波耦合。

装置可独立或成对使用，独立使用进行自发自收式的超声导波检测；成对使用进行一发一收式的超声导波检测。不同的使用方式，其工作原理及调节方法相同，可以满足不同检测对象的空间结构需求。